ラジオの感度について

SONY TR-813
SUPER SENSITIVE = "超高感度" なラジオ SONY TR-813

ラジオの性能の一つに「感度」があり、カタログ等に記載されていることもありますが、どうも単純に比較していいものかよくわからないところもあり、調べてみましたので、備忘録としてまとめました。今一つ理解できていないところもあり、内容が正しくないこともあるかもしれませんので、ご承知おきください。

高感度なラジオ

感度の定義と測定

AM/FMラジオの試験方法についてはJIS規格がありますが、JIS C6102-1(共通事項), C6102-2(AM放送受信機), C6102-3(FM放送受信機)の3つに分かれています。これらの規格はIEC（国際電気標準会議）の内容的には同じで、世界共通ということになっているようです。JISは購入すると高額なのですが、日本産業標準調査会にユーザー登録すると、保存・印刷はできませんが、閲覧することはできます（ただし、ビューアーがしょぼくて見にくいです）。

感度は「定められた出力側の条件を満たすことができる、最小の入力値」となっており、小さいほど高感度になります。JISでは、AMの場合は、利得制限感度と雑音制限感度の2つの感度が規定されています。

利得制限感度

利得制限感度は、定められたの音声出力を出すために必要となる入力値となります。具体的には、アンテナや疑似回路を通して、音声信号で変調した信号の強度を変えながら入力し、それに対する出力を(あればボリューム最大の状態で)測定していき、定められた値になった時の入力値になります。

この方法は信号の強度しか測定していませんので、いろいろな雑音がひどくても、それも含めての値になります。トランジスタラジオの初期にはこの値で表示されていたようです。出力をどこに置くかで値も変わりそうですし、機種間での比較には向いていないように思います。そののセットが設計通りの性能がでているかの確認にはなります。

音声出力は、推奨される値があり、定格出力の-10dB、または、1mW, 50mW, 500mWとなっていますが、明示すればいくらでもよいみたいです。ラジオの最大出力に見合った値が使用されてます。後から出てくる、5R-93の仕様では、10mWで測定されています。

雑音制限感度

雑音制限感度は、定められた出力SN比を得るための必要となる、最小の入力値とされています。具体的には、音声信号で変調した信号と、変調していない信号を、それぞれ入力信号の強度を変えながら入力していき、その時の音声出力を測定します。その時に、定められた比率（SN比）が得られる時の入力値に感度としています。現在はこちらが一般的に使われているようです。

測定の条件について、JISでは、周波信号の変調は30%-1kHz、SN比は26dB(20倍)が標準値と記されています。ただ、この値は状況に応じて指針に従い測定者が決めても良いようで、例えば変調信号の周波数であれば、400kHzが次の推奨、それ以外は一覧表が添付されています。SN比については特に異なると値が全く変わってしまいそうで大事な条件です。下の図はJISにある例図のイメージ図ですが、この図はSN比を26dBとした時の、雑音制限感度になっています）

SenseChart

RFワールドという雑誌のNo.46に、実際にJISに準じたアンテナを自作してAMラジオの感度測定を行う記事がありますが、そこには、「変調80%でS/N=20dB、もしくは変調30%でS/N=10dBがJISで規定されており、後者が一般的」と書かれています。JIS C6102に、その記述を見つけられませんでしたが、最近の無線受信機とかのカタログを見ると、確かに下の例にあるように、S/N比は10dBで測定されているようです。

ICOM IC-R8600仕様
ICOM IC-R8600仕様より

ソニーのラジオ

初期のソニーのラジオには、感度が記載されているものがありますが、条件の説明が無く、どの感度なのか今一つわかりませんが、昭和34年発行のSONYトランジスタラジオサービスノートには、カタログ等の感度は、利得制限感度が表記されている旨の記載があります。

以下の仕様は5R-93のサービスマニュアルの記載です。測定条件に出力の記載はありますが、SN比の記載はなく、この頃までは利得制限感度が使用されていたようです。

ICF-5800L Service Manual
5R-93 Service Manualより

1970年代のサービスマニュアルには感度が記載されているものがあります。以下の例はスカイセンサー5800の例ですが、「SN比6dB」と表記がありますので、S/N=6dB(2倍)で測定された雑音制限感度なのではと思います。

ICF-5800L Service Manual
ICF-5800L Service Manual

感度の単位

AM波の感度測定に際して信号の入力をどのように行うかは、ラジオに使用されるアンテナ別に定められています。中波では、据置の真空管ラジオでは、外部アンテナが用いられることもありますが、トランジスタ・ICラジオはほとんどがフェライトバーアンテナを使用しています。一方、短波は、一般的にはロッドアンテナかもしくは外部アンテナでしたが、初期のトランジスタラジオや、NSB専用機には、バーアンテナも使用されていました。

磁界アンテナを使っているラジオ

バーアンテナや、ループアンテナは磁界の変化を捉えるアンテナで、これらのアンテナを使うラジオの場合は、発振器と標準ループアンテナと言われるアンテナを送信アンテナに使い、実際に電磁波を発生させ、受信アンテナで実際に電磁波を受信してテストします。この測定では、入力値は電界強度になるため単位はμV/mか、それを元にしたdB/mで表されます。

この標準ループアンテナの仕様は、"C6102-1　22.磁気アンテナ付き受信機のための入力装置"　に記載があり、「線径0.8mmの銅線を3回巻いたものを、直径10-12mmの銅管を円形に曲げた、直径0.25mの環の中に入れた」となっています。インピーダンス・出力調整のため、抵抗が直列に入れられています。銅は良導体で、比透磁率はほぼ１ですので、アンテナ線から発生する電界はシールド・アースされ、磁界に誘導される電磁波のみが放射されるようになっています。アンテナで発生する電界は、アンテナだけでなく、ラジオの回路配線からも入り込むため、磁界から誘起される電磁波だけを放射しています。

この標準ループアンテナは、距離60cmの場所で、0.05U0 (μV/m)の電界を発生するようになっています(U0 は発振器の電圧μV)。JISが制定される以前は、各メーカーは、同様の原理で測定はしていたようですが、規格としては統一されておらず、適当なループを使用していたようです。ソニーの古いサービスノートには、5インチ(130mm)のリールに1.2mmの銅線を3回巻き、直列に抵抗1500Ωを入れたもので、0.1Vの交流電圧をかけると、距離50cmにて1mV/mの電界が得られるとあります（ただし、標準ループアンテナの数式に当てはめると、計算値は1mV/mよりも小さくなります。磁界のシールドあるなしの違いかもしれません）。

標準ループアンテナに準拠したアンテナは、ラジオ全盛の頃は大手メーカーも生産していたようです。現在も専門メーカーが生産しているようですが、だいぶマイナーで、プロユーズで値段がはっきりしませんが、だいぶ高価そうです。現物はみたことありませんが、外観は銅ではなくステンレスっぽいです。先に記しましたように、RFワールドにJISに準じてこのアンテナを作製して感度測定を行った記事があります。私も作ってみたいのですが、なまし銅管の少量入手等が難しく先送りになっています。

外部アンテナやロッドアンテナ等を使用する受信機

信号発生器からの信号を、アンテナ受信を模す回路網を介してアンテナ端子に接続して入力とします。疑似アンテナ回路網については、C6102-1-19 擬似アンテナ回路網（擬似アンテナ）に、実際に想定されるアンテナに対応した、具体的な回路や設計の基準が示されています。

こちらの測定方法では、実際に電磁波受信している訳ではありませんで、入力は信号発生器の出力である電圧(V)か、もしくはそれをdBに変換したものが使用されます。先のICF-5800Lの短波の部分をみますと、単位はμVもしくはdBμとなっています。

2023/08/07

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